本文在试验研究的基础上,分别进行了林冠截留和冠层对天然降雨特性影响的分析,试图揭示森林植被对降雨侵蚀能量调控和作用机理;天然降雨雨滴在林冠层的影响下发生改变机制。通过对林内外降雨特征降雨能量和雨滴分布变化的对比试验观测和分析降雨雨滴谱分布特征,揭示防护林防治土壤侵蚀的截留效应,为北京山区防护林的高效空间配置和稳定林分结构设计提供理论基础,也为相邻相近或同类地区的生态林业工程建设提供技术支撑。研究根据内容和目的,分别在北京密云水库周遍防护林和北京鹫峰森林公园进行两部分试验:林冠截留试验,通过北京密云水库周边防护林林冠截留实验,讨论油松和刺槐人工林的降雨截留、穿透雨、树干流等降雨再分配;雨滴特性和能量试验,在鹫峰林场定点激光雨谱仪的观测基础上,并未采用以往观测雨滴特性的常规方法,结合以往降水特征,分析在森林植被冠层影响下,雨滴动力学特征的变化,对比林内外降雨雨滴大小、速度、动能以及雨谱分布特征,研究森林植被冠层对降雨的作用机制。主要试验结果得出:(1)油松和刺槐样地林冠截留量与降雨量呈幂函数关系:油松: Ic = 0.5785P0.5905 R2=0.7817刺槐: Ic = 0.1384P0.8992 R2=0.8088(2)在小雨强小降雨量情况下,由于林冠层截持作用,降雨全部被林冠层吸收或蒸发,未能到达林下,不产生林内降雨,而在降雨量逐渐增大的情况下,林冠层这时还未达到饱和持水量,降雨量增大,林冠截流量也增大;在风力影响或雨强增大的情况下会出现林冠截留负值。(3)林外降雨雨滴大小随降雨强度的增加而变大,而在高强度降雨中,D50反而有下降趋势。降水主要以直径小于1 mm的雨滴为主,直径大于3mm的雨滴数量很少,但对雨强的贡献很大。雨滴径级分布从小到大具有连续性,变幅为0.15~2.6mm,其数量随径级增大而减少。而林内雨滴径级的分布则缺少连续性,且在林内出现了直径大雨3.0mm的大雨滴。林下雨滴平均直径有所增大,而雨滴有效密度总数减少。从降雨强度来看,林下降雨强度起伏变化较大。雨滴分布频率最大的雨滴直径0.25~0.5之间,充分说明了天然降雨在林冠层的影响下,雨滴谱的发生了改变。(4)降雨类型的不同可以通过改变雨滴谱函数中的所含的不同大小雨滴的比例来实现,雨强为0.23mm/h的降雨和雨强为0.34mm/h的降雨,林内雨滴质量和动能的增加,主要是大雨滴(径级>1.0mm)形成的结果,其质量分别占到总质量的58%和52%,动能分别占到总动能的87.7%和93.5%。试验侧柏林冠使林内的降雨动能比林外增大3.8~5.2倍,从而显著增加了林下降雨动能。从林地的击溅来讲,对水土流失产生很大的影响。从降雨动能计算结果来看,试验区的天然降雨动能较小,林内外降雨动能都随着降雨强度的增大而增大。林外降雨随雨强的变化呈现出较平滑的趋势,而林下过程线则呈现较大的锯齿起伏状。林下的降雨动能一般大于林外降雨动能。雨强增大时林下动能的增加作用较明显一些;尤其在小雨强条件下(≤0.75mm/h)林内降雨动能显著高于林外降雨动能,而雨强大于2.02mm/h时,林下的降雨动能也比林外有明显增加特征;介于中间雨强的部分,动能变化趋势不明显。